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一種以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料及其制備方法與流程

文檔序號(hào):42034952發(fā)布日期:2025-05-30 17:27閱讀:5來(lái)源:國(guó)知局

本發(fā)明屬于建筑材料,具體涉及一種以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料及其制備方法。


背景技術(shù):

1、磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸工藝中產(chǎn)生的固體廢棄物,其主要成分為二水硫酸鈣,另有少量磷、氟、有機(jī)物、氧化物、重金屬、放射性物質(zhì)等雜質(zhì)。通常每生產(chǎn)1t磷酸,會(huì)產(chǎn)生4~6t磷石膏。在我國(guó),少量磷石膏被用于生產(chǎn)建筑材料,大部分采用堆存處理,長(zhǎng)期大量堆存可能會(huì)污染土壤、地表水及地下水。此外,磷石膏堆場(chǎng)還會(huì)產(chǎn)生粉塵污染。磷石膏中含有磷、汞、鎘等有害雜質(zhì)和放射性元素,如隨蒸汽進(jìn)入大氣,可能會(huì)對(duì)人體健康造成危害。由此可見(jiàn),磷石膏堆存不僅會(huì)占用大量的土地資源,還會(huì)造成生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患。因此,磷石膏的無(wú)害化處理以及綜合利用已成為固體廢棄物處理與資源化利用重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

2、工業(yè)副產(chǎn)石膏的資源化利用途徑有很多,其中利用石膏原料煅燒制備建筑石膏粉是最有效的途徑之一。目前,脫硫石膏制備建筑石膏粉的工藝已較成熟,制備出的β型半水石膏各項(xiàng)性能較為穩(wěn)定。然而對(duì)磷石膏來(lái)說(shuō),磷、氟、有機(jī)物等有害雜質(zhì)的存在會(huì)嚴(yán)重影響著磷石膏制備出建筑石膏粉的性能,如凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等。由于磷石膏原料來(lái)自不同廠家、不同批次,組分波動(dòng)較大,采用傳統(tǒng)的制備工藝生產(chǎn)出的磷石膏制備的β型半水石膏粉具有凝結(jié)時(shí)間不穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大、強(qiáng)度低等缺點(diǎn),并不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)gb/t?9776-2022《建筑石膏》中建筑石膏粉的基本質(zhì)量要求,難以得到很好利用。

3、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)cn102390942a公開(kāi)了一種用磷石膏生產(chǎn)建筑石膏粉的方法,包括磷石膏煅燒、過(guò)篩、冷卻工序,所述磷石膏煅燒是在三種溫度下依次連續(xù)進(jìn)行,即在500~750℃煅燒2~4分鐘、在300~450℃煅燒2~4分鐘、在140~250℃煅燒2~4分鐘。但是,上述方法煅燒溫度高,能耗較高,對(duì)磷石膏的改性沒(méi)有起到很好的效果,經(jīng)濟(jì)效益不明顯,難以大規(guī)模進(jìn)行利用。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)cn115724606a公開(kāi)了一種以磷石膏為原料生產(chǎn)石膏板的方法,該專(zhuān)利在錘式烘干機(jī)內(nèi)進(jìn)行初步煅燒得到初步石膏粉;在沸騰爐內(nèi)對(duì)初步石膏粉進(jìn)行二次煅燒,煅燒更加均勻,石膏粉有效成分含量較高,得到建筑石膏粉。所得建筑石膏粉中半水石膏含量為81.15%;二水石膏含量為2.16%;可溶性無(wú)水石膏含量為2.7%;結(jié)晶水含量為5.4%。但上述方法中初步煅燒所用熱源溫度在500-520℃,能耗較高,使得建筑石膏粉中無(wú)水石膏含量較高,無(wú)水石膏在轉(zhuǎn)化為二水石膏時(shí),伴隨體積膨脹,可能導(dǎo)致硬化石膏體積膨脹過(guò)大,產(chǎn)生開(kāi)裂問(wèn)題。

4、因此,有必要對(duì)磷石膏制備β型半水石膏粉的工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn),提高β型半水石膏的品質(zhì)。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料及其制備方法,該方法可得到高品質(zhì)β半水石膏,改善β-半水石膏初凝時(shí)間短、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量高等問(wèn)題,對(duì)磷石膏的綜合利用具有積極的推動(dòng)作用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:

3、一種以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料的制備方法,包括以下步驟:

4、s1、磷石膏的預(yù)處理:將磷石膏粉磨后過(guò)100目篩,隨后加入去離子水中,分散均勻后加入氧化鈣、eada二鈉,進(jìn)行攪拌,攪拌完成后加入硫酸溶液調(diào)節(jié)ph至7,隨后離心、過(guò)濾,得到預(yù)處理磷石膏;

5、s2、磷石膏的浮選處理:將步驟s1中的預(yù)處理磷石膏加入去離子水中,調(diào)節(jié)ph至8-10,接著加入浮選劑,進(jìn)行浮選處理,浮選完成后進(jìn)行固液分離,得到浮選磷石膏漿料;

6、s3、磷石膏的預(yù)煅燒:向步驟s2中的浮選磷石膏漿料中加入晶習(xí)改變劑,混合均勻后進(jìn)行預(yù)煅燒處理,處理完成后得到預(yù)燒磷石膏;

7、s4、低溫焙燒:將步驟s3中預(yù)燒磷石膏進(jìn)行球磨,隨后加入回轉(zhuǎn)窯或隧道窯中,進(jìn)行低溫焙燒,焙燒完成后陳化,即得所述新型環(huán)保材料。

8、優(yōu)選的,步驟s1中所述磷石膏與水的固液比為1:3-5,所述氧化鈣的加入量為磷石膏質(zhì)量的3-5%,所述eada二鈉的加入量為磷石膏質(zhì)量的0.5-1%,所述攪拌的速度為60-80r/min,溫度為40-50℃,時(shí)間為50-80min,所述硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10%。

9、在本發(fā)明中,首先通對(duì)磷石膏進(jìn)行水洗預(yù)處理,同時(shí)加入氧化鈣和eada二鈉,可與磷石膏中的可溶性磷酸鹽、有機(jī)物等雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),能夠除去磷石膏中可溶性的p2o5和氟類(lèi)雜質(zhì),提高磷石膏的力學(xué)性能,為后續(xù)浮選創(chuàng)造有利條件。

10、優(yōu)選的,步驟s2中所述預(yù)處理磷石膏與去離子水的質(zhì)量比為1:4-5,所浮選劑的加入量為預(yù)處理石膏質(zhì)量的1-1.5%,所述浮選處理的充氣量為0.4-0.5l/min,時(shí)間為20-30min,轉(zhuǎn)速為1500-1800r/min;控制浮選磷石膏漿料的含水量為40-50%。

11、優(yōu)選的,步驟s2中所述浮選劑的制備方法如下:

12、將吐溫80加入去離子水中,攪拌均勻后得到乳化劑溶液;將十二胺加入乳化劑溶液中,在超聲條件下進(jìn)行乳化,得到十二胺乳濁液;將松油醇加入乳化劑溶液中,在超聲條件下進(jìn)行乳化,得到松油醇乳濁液;將十二胺乳濁液、松油醇乳濁液混合均勻,隨后加入油酸鈉、羧甲基纖維素,攪拌均勻,即得所述浮選劑。

13、在本發(fā)明中,通過(guò)加入特定的浮選劑,通過(guò)對(duì)磷石膏進(jìn)行浮選處理,可以有效降低磷石膏中的有機(jī)物等雜質(zhì)含量,從而提高了磷石膏的純度,為后續(xù)制備高性能β-半水石膏奠定基礎(chǔ)。

14、優(yōu)選的,所述乳化劑溶液中吐溫80的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-3%,所述十二胺與乳化劑溶液的質(zhì)量比為4-6:80-100,所述松油醇與乳化劑溶液的質(zhì)量比為2-3:70-80,所述十二胺乳濁液、松油醇乳濁液、油酸鈉、羧甲基纖維素的質(zhì)量比為80-100:70-80:3-4:1-2,所述超聲的頻率為30-40khz,功率為50-100w,時(shí)間為8-12min。

15、優(yōu)選的,步驟s3中所述晶習(xí)改變劑的加入量為浮選磷石膏漿料質(zhì)量的3-4%;所述預(yù)煅燒處理的溫度為120-130℃,時(shí)間為3-4h。

16、在本發(fā)明中,通過(guò)加入晶習(xí)改變劑,在預(yù)煅燒過(guò)程中,促進(jìn)β型半水石膏晶體的形成,抑制其他形態(tài)晶體的生長(zhǎng),β型半水石膏晶體更細(xì)小、均勻,提高后續(xù)焙燒過(guò)程中β型半水石膏的純度。

17、優(yōu)選的,步驟s3中所述晶習(xí)改變劑的制備方法如下:

18、將富馬酸加入去離子水中,接著加入l-半胱氨酸、氯化鈣,攪拌均勻后加入海藻酸丙二醇酯,進(jìn)行恒溫?cái)嚢?,即得所述晶?xí)改變劑。

19、在本發(fā)明中,制備的晶習(xí)改變劑以富馬酸、l-半胱氨酸、氯化鈣、海藻酸丙二醇酯為原料,富馬酸根離子可以與ca2+形成絡(luò)合物,這種絡(luò)合作用會(huì)降低溶液中游離ca2+的活度,從而影響硫酸鈣的溶解平衡和結(jié)晶過(guò)程,并且富馬酸的剛性平面結(jié)構(gòu)和l-半胱氨酸的柔性側(cè)鏈可能在空間上相互配合,更好地覆蓋晶體表面,更傾向于吸附在β型石膏的晶面上,促進(jìn)其生長(zhǎng),從而提高環(huán)保材料中β型半水石膏的純度;加入的海藻酸丙二醇酯可以吸附在磷石膏顆粒表面,阻止顆粒團(tuán)聚,提高分散性,同時(shí)降低磷石膏與水之間的界面張力,促進(jìn)水對(duì)磷石膏的潤(rùn)濕,改變晶體生長(zhǎng)速率,從而改變晶體形貌,提高β型半水石膏的強(qiáng)度。

20、優(yōu)選的,所述富馬酸、去離子水、l-半胱氨酸、氯化鈣、海藻酸丙二醇酯的質(zhì)量比為5-8:200-300:7-10:3-5:1-2,所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?0-50℃,時(shí)間為1-2h。

21、優(yōu)選的,步驟s4中所述球磨的轉(zhuǎn)速為800-900r/min,時(shí)間為20-30min;所述低溫焙燒的工藝為以7-10℃/min的升溫速率升至165-175℃,保溫20-35min;所述陳化的工藝為將焙燒石膏置于溫度為40-50℃、濕度為60-70%的環(huán)境下靜置24-30h。

22、在本發(fā)明中,通過(guò)控制升溫速率,避免了快速升溫導(dǎo)致的晶體爆裂和結(jié)構(gòu)缺陷;在165-175℃的溫度范圍內(nèi)保溫,確保了二水石膏充分脫水轉(zhuǎn)化為β型半水石膏,同時(shí)避免了過(guò)高溫度導(dǎo)致過(guò)燒或生成無(wú)水石膏,使β型半水石膏顆粒表面更致密,減少微孔數(shù)量,晶體結(jié)構(gòu)更趨于穩(wěn)定,從而延長(zhǎng)其初凝時(shí)間,提高其強(qiáng)度。

23、本發(fā)明還保護(hù)一種如上所述方法制備得到的新型環(huán)保材料。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下的有益效果:

25、(1)本發(fā)明提供的以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料,通過(guò)預(yù)處理、浮選、預(yù)煅燒和低溫焙燒等步驟的協(xié)同作用,有效解決了磷石膏綜合利用率低、雜質(zhì)含量高、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等問(wèn)題;該方法工藝流程簡(jiǎn)單、參數(shù)可控、環(huán)境友好,制備得到的新型環(huán)保材料中β型半水石膏含量高、晶型規(guī)整、性能優(yōu)良,可廣泛應(yīng)用于建材、模具等領(lǐng)域,將磷石膏類(lèi)大宗固廢進(jìn)行轉(zhuǎn)化再利用,在減少環(huán)境污染的前提下提高固廢利用價(jià)值,實(shí)現(xiàn)了磷石膏的高效資源化利用,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

26、(2)本發(fā)明提供的以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料,以特定配方和方法制備得到的浮選劑,加入的十二胺和油酸鈉夠選擇性地吸附在雜質(zhì)表面,酸性條件下對(duì)硅酸鹽等雜質(zhì)有較好的捕收效果;加入的松油醇作為起泡劑,能夠降低水的表面張力,相比于短鏈醇和長(zhǎng)鏈醇,其具有更好的起泡性,產(chǎn)生大量細(xì)小、穩(wěn)定的氣泡,既能保證氣泡在礦漿中存留足夠的時(shí)間,使礦物顆粒充分附著,又能在浮選槽表面破裂,有利于泡沫層的控制,從而提高浮選效果,提高了β型半水石膏的純度和品質(zhì)。

27、(3)本發(fā)明提供的以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料,采用特定配制備得到的晶習(xí)改變劑,通過(guò)多種成分的協(xié)同作用,有效調(diào)控了β型半水石膏晶體的生長(zhǎng)過(guò)程;富馬酸和l-半胱氨酸作為有機(jī)添加劑,能夠吸附在半水石膏晶體的特定晶面上,抑制其生長(zhǎng),從而改變晶體習(xí)性;氯化鈣提供的鈣離子能夠與硫酸根離子結(jié)合,影響晶核形成速率;海藻酸丙二醇酯作為高分子化合物,能夠增加體系粘度,延緩晶體生長(zhǎng)速度,并起到分散作用,防止晶體團(tuán)聚;通過(guò)這些組分的協(xié)同作用,晶習(xí)改變劑能夠有效控制β型半水石膏晶體的形貌和大小,使其更加規(guī)整、均勻,從而改善最終產(chǎn)品的性能。

28、(4)本發(fā)明提供的以磷石膏固廢為原料采用回轉(zhuǎn)窯低溫焙燒的新型環(huán)保材料,采用回轉(zhuǎn)窯或隧道窯低溫焙燒工藝,精確控制焙燒溫度和時(shí)間,實(shí)現(xiàn)了磷石膏向β型半水石膏的高效轉(zhuǎn)化;通過(guò)控制升溫速率,避免了快速升溫導(dǎo)致的晶體爆裂和結(jié)構(gòu)缺陷;在165-175℃的溫度范圍內(nèi)保溫,確保了二水石膏充分脫水轉(zhuǎn)化為β型半水石膏,同時(shí)避免了過(guò)高溫度導(dǎo)致過(guò)燒或生成無(wú)水石膏;回轉(zhuǎn)窯的使用保證了物料受熱均勻,提高了轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)品質(zhì)量;陳化工藝則進(jìn)一步穩(wěn)定了β型半水石膏的性能,使其在應(yīng)用過(guò)程中更加穩(wěn)定可靠。

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